商業太空飛行開創新里程碑
——SpaceX和波音的飛船試飛計劃

方宇寧/編譯

商業太空飛行開創新里程碑
——SpaceX和波音的飛船試飛計劃

方宇寧/編譯

2011年7月，克里斯·弗格森（Chris Ferguson）指揮完成了最后一次航天飛行任務，國際空間站留下了自他們30年前執行第一次航天飛行任務時,就一直飄揚在這里的一面小小的美國國旗。“希望這面代表了太空探索榮譽地位的旗幟能一直在這里保留下去，直到下一個美國宇航員重返空間站。”弗格森爵士在執行太空任務期間與奧巴馬總統通話時解釋道。“我明白，商業太空飛行將在這里展開‘奪旗’行動。”奧巴馬總統回應。

作為波音公司的任務主管，弗格森是該公司負責開發和操作搭載美國宇航局（NASA）宇航員飛船進入空間站“奪旗”的負責人之一。波音公司與太空探索技術公司（SpaceX）是商業太空飛行領域的競爭對手，目前他們正在爭分奪秒地與時間賽跑，爭取在NASA與俄羅斯的空間站合同到期之前，再次發射飛船飛抵空間站。

但是超出計劃外的風險因素更多。如果太空飛行能夠擺脫政府合同的“溫室”庇護，并成為真正的商業行為，那么價格上的競爭最終可能會導致成本大幅下降。2017年有望向著這個方向邁出關鍵性的幾步。

NASA早在10年前的商業載人計劃中就開始幫助航空航天公司開發商業貨運飛船。NASA一改通常在政府合同之下，由NASA負責設計航天器、承包商負責建造的做法，NASA不再購買飛船，而是采用航空公司建造太空飛船、NASA提供資金和技術支持，然后NASA再向航空公司購買貨運服務的模式。

這種被稱為商業軌道運輸服務（COTS）的模式，還要提供將宇航員送上太空的服務。盡管SpaceX表示可將這種服務寫進COTS協議中，但NASA決定一旦航天飛機退役后，最主要的商業飛行是為國際空間站運送物資。根據COTS項目計劃，SpaceX和軌道科學公司（如今稱為軌道ATK公司）制造的航天飛機如今都承擔了在空間站與地球之間運送物資、實驗設備和其他設備的往返任務。

作為載人航天計劃大變動的一部分，NASA于2010年宣布，將采用與COTS協議相類似的途徑推進航天員運輸系統的開發進程。為此NASA授予包括波音和SpaceX在內的幾家公司多項關鍵技術，以支持開發航天器的早期發展。

2014年9月，美國宇航局與波音公司和SpaceX簽訂了總價值為68億美元的合同。合同內容包括完成太空飛船的建造、各自進行兩次試飛（一次載人、一次不載人）以及6次（每次搭載2人）往返空間站的任務。兩家公司都在為完成這些任務而努力。

被譽為“星際航班”的波音CST-100飛船和SpaceX公司的載人龍飛船，外表看起來非常相似。不同于航天飛機，這兩種飛船都是通過火箭發射太空艙，設計運載人數可多達7人，雖然NASA當前的計劃要求一次運送4名宇航員，但是這兩家公司還計劃為其他太空游客增設更多的座位。

波音公司的CST-100在NASA從未降落過的陸地上著陸

但它們之間的差異還是相當大的。CST-100將通過美國聯合發射同盟公司（洛克希德·馬丁公司和波音公司的合資企業）阿特勒斯5型（Atlas V）火箭發射，該火箭自2002年推出以來連續成功發射了大約60次任務。

弗格森對CST-100的運載火箭評述道：“相較于之前的火箭將會有一些差異。”比如CST-100使用兩個而不是一個引擎，還配備了特制的逃生系統，幫助宇航員在特殊情況下逃生。

在返回地球時，CST-100可以在NASA太空艙無法降落的陸地上降落，雖然之前的“水星”、“雙子座”、“阿波羅”太空艙返回時都是在海洋里濺落的，但是CST-100將使用制動火箭、降落傘和安全氣囊在陸地上降落。

這一策略對波音公司很重要，因為它打算重復使用每架CST-100飛船10次。“我們覺得，為了提高飛船的重復使用率，我們真的需要讓飛船在陸地上著陸。”波音CST-100飛船項目經理約翰·穆赫蘭（John Mulholland）說道。飛船濺落在海洋會產生很多問題，如海水進入太空艙腐蝕飛船組件等。

此外，在陸地上著陸便于卡車和直升機迅速抵達飛船著陸地點，就像俄羅斯的“聯盟”號著陸時那樣。

不同于波音公司的太空艙，SpaceX公司的載人龍飛船采用公司自主設計的獵鷹9號火箭發射，該火箭自2010年投入使用以來已經飛行了近30次。2016年9月，一艘搭載貨運龍飛船的獵鷹9號火箭在一次發射中因發生爆炸而失敗，但龍飛船本身在承擔國際空間站的貨運任務中一直表現良好。此外，SpaceX的龍飛船設計之始就具備運貨和載人的雙重功能。（詳見本期封二。）

“載人龍飛船和貨運龍飛船之間最大的區別是增加了更強大的超龍（SuperDraco）推進器。”SpaceX公司載人任務管理經理本杰明·里德（Benjamin Reed）說道。這些推進器安裝在太空艙側邊，可作為航天器的緊急終止系統。SpaceX公司于2015年5月對這一設備進行了測試，一架使用超龍推進器的飛船太空艙從佛羅里達的發射基地起飛，在離岸邊不遠的地方濺落。

對于這些推進器，SpaceX公司另有計劃。最初的載人龍飛船任務將濺落在海洋里，就像今天的貨運龍飛船一樣。據里德所稱，濺落在海中并不影響太空艙的重復使用。“我們的團隊擁有一批世界級的降落傘著陸和水中太空艙回收技術的專家。”他說。SpaceX公司計劃在新的一年里開展貨運龍飛船的重復使用工作。

最終SpaceX公司計劃利用載人龍飛船的“超龍”推進器作為動力，可讓宇航員跳傘降落后落在專門的著陸平臺上，而非一頭扎進海里。里德說道，SpaceX公司將在之后的貨運任務中首次展示這種“推進動力降落”技術，“我們會循序漸進，先熟悉如何載貨進行助推著陸，再嘗試載人助推著陸。”

這兩家公司在計劃實施上也有所不同。波音公司廣泛利用了合作伙伴關系，例如，在肯尼迪航天中心租賃了航天飛機機庫，并將它改建為CST-100的車間。波音公司還聘請了NASA的任務理事會，一個承擔了休斯頓任務控制中心標志性建筑任務的機構，雇傭其在CST-100飛行任務中承擔類似的任務。

左：造訪過國際空間站的宇航員：截至2016年10月29日，有200多名宇航員造訪過國際空間站（男性，191人；女性，34人）；右：成本低于魚子醬：使用SpaceX的獵鷹重型火箭將1公斤物體送入地球軌道的成本低于1公斤魚子醬的價值

而SpaceX所有的任務都是獨立完成的。無論是太空艙還是火箭的制造，抑或是載人飛行的任務控制，都將利用加州霍桑總部的設施自行處理，目前該設施正用于貨運龍飛船的運營。“我們建造的不只是龍飛船。”里德說，“我們要構建的是一個完整的系統，一個經過論證能保證載人飛行安全性的系統。 ”

自2014年美國國家航空航天局（NASA）與波音和SpaceX簽訂合同以來，這兩家公司一直在忙于開發各自的太空飛船。具體任務包括降落傘和其他著陸系統的測試，SpaceX于2015年進行了發射中止試驗和其他各種測試。

但是計劃已然推遲。NASA最初希望商業載人飛船在2015年底準備就緒，但由于對該計劃信心不足以及預算緊縮原因，國會削減了對這一計劃的支出，導致這一目標要推遲到2017年底。

2016年9月，NASA的檢察長辦公室的報告警告說，與波音和SpaceX簽署的CCtCap合同有進一步延期的風險。國會如今已經為該計劃提供了充足的資金，目前延期的原因已經不是錢的問題，而是技術上的問題。“盡管承包商（SpaceX）的態度非常樂觀，但是根據我們對搜集到的信息進行的分析和處理結果，我們認為不管是波音公司還是SpaceX公司在2018年底之前都不太可能獲得為國際空間站運送乘員的資格。”報告總結道。

報告公布之時，波音公司的計劃時間表已經向后推遲了好幾個月，載人試飛計劃定于2018年初。“我們計劃于2018年中期做好開通航班服務的準備。”弗格森在2016年9月中旬時說道。一個月后，波音公司宣布計劃延遲半年。原定于2018年2月的載人試飛推遲到2018年8月，預計2018年 12月開始首次執行任務。波音公司將延遲歸咎于因CST-100太空艙導致的Atlas V火箭的氣動載荷等問題。

“我們已經克服了技術開發上的許多障礙。”在波音宣布計劃修改之后，穆赫蘭于10月中旬說道，對公司是否能夠按新的時間表完成任務他表示樂觀。

SpaceX公司的時間表更為謹慎一些。根據NASA 2016年7月正式公布的時間表，該公司計劃于2017年5月進行一次無人龍飛船試飛任務，緊接著于2017年8月進行一次載人飛行測試。這個時間表定于獵鷹9號在發射臺爆炸之前，結果導致許多任務被推遲，包括那些測試飛行任務。

2016年12月中旬，NASA宣布SpaceX將其無人飛行試飛推遲到2017年11月，其首次載人飛行推遲到2018年5月，因此未來一年里不會有運送宇航員的飛行任務。

NASA也感受到了壓力，它需要至少有一個公司能夠在2018年年底前運送宇航員到空間站，因為2018年年底是其與俄羅斯合同到期的時間。延長與俄羅斯的合同不是他們想要的選擇，美國航空航天局人類探索任務副行政官威廉·葛斯坦邁亞（William Gerstenmaier）說道。

波音公司和 SpaceX公司的太空飛行任務到2018年底能準備就緒嗎？“仍然有這個可能。”葛斯坦邁亞說道。這取決于未來哪家公司能夠“奪旗”成功，航天商業化需要這兩家公司以及其他觀望中公司的參與和競爭。

[資料來源：IEEE Spectrum][責任編輯：松 石]

本文作者杰夫·福斯特（Jeff Foust）是馬里蘭州貝塞斯達富創公司的高級航空分析師。他還是《空間評論》的編輯和出版商。